KR102222517B1 - Biocatalytic compositions comprising monooxygenases and method for the preparation of hydroxy-equol derivatives using the same - Google Patents

Biocatalytic compositions comprising monooxygenases and method for the preparation of hydroxy-equol derivatives using the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 모노옥시게나아제 또는 모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매를 이용하여 에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 효율적으로 합성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 에쿠올의 위치선택적 수산화 반응을 위해 미생물 유래의 티로시나아제, 시토크롬 P450 및 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 야생형 및 돌연변이를 이용하는 방법을 제공한다.An object of the present invention is to provide a method for efficiently synthesizing an equol hydroxide derivative from equol using a monooxygenase or a biocatalyst containing a monooxygenase. In particular, it provides a method of using the wild type and mutations of tyrosinase derived from microorganisms, cytochrome P450 and 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase for regioselective hydroxylation of equol.

Description

모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매 조성물 및 이를 이용한 에쿠올 수산화 유도체의 제조 방법 {BIOCATALYTIC COMPOSITIONS COMPRISING MONOOXYGENASES AND METHOD FOR THE PREPARATION OF HYDROXY-EQUOL DERIVATIVES USING THE SAME}Biocatalyst composition containing monooxygenase and method for producing equol hydroxide derivatives using the same {BIOCATALYTIC COMPOSITIONS COMPRISING MONOOXYGENASES AND METHOD FOR THE PREPARATION OF HYDROXY-EQUOL DERIVATIVES USING THE SAME}

본 발명은 미생물 유래의 모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매 조성물을 이용하여 에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 에쿠올로부터 3'-하이드록시-에쿠올 또는 6-하이드록시-에쿠올을 선택적으로 합성하기 위한 돌연변이 모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an equol hydroxide derivative from equol using a biocatalyst composition containing a microorganism-derived monooxygenase. In addition, the present invention relates to a biocatalyst composition comprising a mutant monooxygenase for selectively synthesizing 3'-hydroxy-equol or 6-hydroxy-equol from equol.

사람의 장내 미생물 중 일부 혐기성 박테리아는 사람이 콩과 식물을 통해 섭취한 이소플라본을 대사하여 에쿠올로 생변환하는 것이 알려져 있다. 지금까지 발견된 에쿠올 합성 미생물은 전부 박테리아이며, 대표적으로 슬래키아 속 (Slackia sp.), 에그게르텔라 속 (Eggerthella sp.), 애들러크루찌아 속 (Adlercreutizia sp.) 과 같이 대부분이 코리오박테리아 속에 속해 있으며, 예외적으로 락토코커스 속 (Lactococcus) 유래도 존재한다. 이와 같은 장내 미생물의 효소 반응에 의해서 합성된 에쿠올은 S 구조의 광학이성질체만 합성된다.It is known that some anaerobic bacteria among human intestinal microbes metabolize isoflavones consumed by humans through legumes and bioconvert them into equols. And the equol synthesizing microorganisms all bacteria found so far, typically slash Escherichia genus (Slackia sp.), Egg Stavanger telra in (Eggerthella sp.), Most of the nose Rio bacteria such as Adler Crew jjiah in (Adlercreutizia sp.) belongs in, there are also exceptionally Lactococcus genus (Lactococcus) origin. Equol synthesized by the enzymatic reaction of such intestinal microbes is only synthesized with optical isomers of the S structure.

S-에쿠올은 식물성 에스트로겐의 일종으로서 여성의 갱년기 질환 완화, 골다공증 예방, 난소암 또는 전립선암의 예방, 심혈관계 질환의 예방, 탈모 방지 등의 효과가 있음이 알려져 있다 (비특허문헌 1). 또한, 에쿠올의 5 번 탄소에 수산화기가 추가된 유도체인 5-하이드록시-에쿠올은 간암 억제 효과 및 항산화 효과 등이 있음이 알려져 있다. 다만, S-에쿠올이 인체 내로 흡수되는 경우 간에서 오르토-수산화되어 다양한 오르토-수산화에쿠올이 생성되지만, 이들의 합성 경로나 인체 내에서의 생물학적 기능에 대해서는 알려진 바가 없다. 오르토-수산화에쿠올의 생물학적 기능에 대한 보다 활발한 연구를 위해서는, 오르토-수산화에쿠올에 대한 효율적인 합성 방법이 요구되는 실정이다.S-equol is known to be effective in relieving women's menopausal diseases, preventing osteoporosis, preventing ovarian or prostate cancer, preventing cardiovascular disease, and preventing hair loss as a kind of phytoestrogens (Non-Patent Document 1). In addition, 5-hydroxy-equol, a derivative in which a hydroxyl group is added to carbon 5 of equol, is known to have a liver cancer inhibitory effect and an antioxidant effect. However, if S-Equol is absorbed into the human body Ortho-hydroxylated in the liver to produce various ortho-hydroxylated equols, but their synthetic pathways or biological functions in the human body are unknown. In order to more actively study the biological function of ortho-hydroxylated equol, there is a need for an efficient synthesis method for ortho-hydroxylated equol.

한편, 자연계에는 다양한 모노옥시게나아제들이 보고되어 있다. 이들 중 식물 유래의 이차대사산물, 예를 들어 플라보노이드 (flavonoid), 스틸베노이드 (stilbenoid) 등과 같은 방향족 식물 이차대사산물에 오르토-수산화를 유도하는 효소로서 티로시나아제, 시토크롬 P450 및 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제와 같은 플라빈 함유 모노옥시게나아제 (flavin containing monooxygenase) 등이 알려져 있다. 특히, 티로시나아제의 경우, 이차 산화 반응을 억제하여, 다이드제인 (daidzein), 제니스테인 (genistein), 아피제닌 (apigenin) 및 플로레틴 (phloretin) 과 같은 모노 페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질을 선택적으로 생산한 예가 본 발명자에 의해 보고된 바 있으며 (특허문헌 1), 또한, 다이드제인, 제니스테인 및 레스베라트롤을 오르토-수산화한 예가 본 발명자에 의해 보고된 바 있다 (비특허문헌 2).Meanwhile, various monooxygenases have been reported in nature. Among them, tyrosinase, cytochrome P450, and 4-hydroxyl as enzymes that induce ortho-hydroxylation in secondary metabolites derived from plants, for example, aromatic plant secondary metabolites such as flavonoids and stilbenoids. Flavin-containing monooxygenases such as phenylacetate 3-hydroxylase are known. In particular, in the case of tyrosinase, a catechol-type structural substance from monophenol-type structural substances such as daidzein, genistein, apigenin, and phloretin by inhibiting the secondary oxidation reaction. An example of selectively producing is reported by the present inventor (Patent Document 1), and an example in which daidzein, genistein, and resveratrol are ortho-hydroxylated has been reported by the present inventor (Non-Patent Document 2).

시토크롬 P450 의 경우, 스트렙토마이시스 속 (Streptomyces), 바실러스 속 (Bacillus) 또는 노카디아 속 (Nocardia) 으로부터 유래된 시토크롬 P450 의 기질 인지 부위를 변경하여 다이드제인의 3'- 또는 6- 위치 특이적 오르토 수산화 반응의 효율을 증가시킨 예가 보고된 바 있으며, 또한, 아스퍼질러스 (Aspergillus) 생균의 시토크롬 P450 활성을 이용하여 이소플라본의 6- 또는 8-위치 특이적 오르토 수산화 반응에 대한 생전환 연구가 보고된 바 있다 (비특허문헌 3). 그러나 시토크롬 P450 을 이용한 카테콜형 물질의 생산은 티로시나아제에 비해 낮은 촉매 활성, 조효소 요구성 등의 여러 단점이 존재한다.In the case of cytochrome P450, the substrate recognition site of cytochrome P450 derived from the genus Streptomyces , Bacillus , or Nocardia is altered to be specific to the 3'- or 6-position of daidzein. An example of increasing the efficiency of the ortho-hydroxylation reaction has been reported.In addition, bioconversion studies on the 6- or 8-position specific ortho-hydroxylation reaction of isoflavones using the cytochrome P450 activity of live bacteria of Aspergillus have been reported. It has been reported (Non-Patent Document 3). However, the production of catechol-type substances using cytochrome P450 has several disadvantages such as lower catalytic activity and coenzyme requirement than tyrosinase.

4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제 (HpaBC) 의 경우, HpaBC 를 발현하는 재조합 대장균을 전세포 촉매로 이용하여 움벨리페론 (umbelliferone), 레스베라트롤 (resveratrol) 및 나린제닌 (naringenin) 과 같은 식물 유래의 이차대사산물을 오르토-수산화한 예가 본 발명자에 의해 보고된 바 있다 (비특허문헌 4).In the case of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (HpaBC), using recombinant E. coli expressing HpaBC as a whole cell catalyst, such as umbelliferone, resveratrol, and naringenin. An example of ortho-hydroxylating a plant-derived secondary metabolite has been reported by the present inventor (Non-Patent Document 4).

반면, 오르토-수산화에쿠올에 대한 제법은 아직까지 보고된 예가 없다. 다만, 본 발명자에 의해 재조합 미생물을 이용하여 3'-하이드록시다이드제인, 6-하이드록시다이드제인 및 8-하이드록시다이드제인 등과 같은 수산화 이소플라빈으로부터 수산화에쿠올을 생산한 예가 있다. 하지만, 이 경우 반응의 기질로 쓰이는 수산화이소플라본의 가격이 비싸고 (80 ~ 4,000 만원/g), 산업적 규모로 생산하기 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 관점에서 모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매 조성물을 이용하여 에쿠올로부터 오르토-수산화에쿠올을 합성하는 방법은 유력한 대안이 될 수 있다. 그러나, 생촉매를 이용하여 에쿠올로부터 오르토-수산화에쿠올을 합성하는 방법과 관련된 보고나 발명은 전무한 실정이다.On the other hand, the preparation method for ortho-hydroxyl equol has not been reported yet. However, there is an example in which equol hydroxide was produced from isoflavin hydroxide such as 3'-hydroxydidezein, 6-hydroxydidezein, and 8-hydroxydidezein by the present inventors using a recombinant microorganism. . However, in this case, there is a problem that the price of isoflavone hydroxide used as a substrate for the reaction is expensive (80 to 40 million won/g), and it is difficult to produce it on an industrial scale. From this point of view, a method of synthesizing ortho-hydroxylated equol from equol using a biocatalyst composition containing monooxygenase may be a viable alternative. However, there are no reports or inventions related to a method for synthesizing ortho-hydroxylated equol from equol using a biocatalyst.

공개특허공보 제10-2018-0079233호 (2018.07.10)Unexamined Patent Publication No. 10-2018-0079233 (2018.07.10) 등록특허공보 제10-1566672호 (2015.11.02)Registered Patent Publication No. 10-1566672 (2015.11.02) 공개특허공보 제10-2018-0099380호 (2018.09.05)Unexamined Patent Publication No. 10-2018-0099380 (2018.09.05)

R.L. Jackson et al., Emerging evidence of the health benefits of S-equol, an estrogen receptor β agonist. Nutrition Reviews, 69(8), 432-448 (2011) R.L. Jackson et al., Emerging evidence of the health benefits of S-equol, an estrogen receptor β agonist. Nutrition Reviews, 69(8), 432-448 (2011) S.-H. Lee et al., Using tyrosinase as a monophenol monooxygenase: A combined strategy for effective inhibition of melanin formation. Biotehcnol. Bioeng. 113(4), 735-743 (2016) S.-H. Lee et al., Using tyrosinase as a monophenol monooxygenase: A combined strategy for effective inhibition of melanin formation. Biotehcnol. Bioeng. 113(4), 735-743 (2016) P.-G. Lee et al., Recent advances in the microbial hydroxylation and reduction of soy isoflavones, FEMS Microbiology Letters, 365 (19), fny195 (2018). P.-G. Lee et al., Recent advances in the microbial hydroxylation and reduction of soy isoflavones, FEMS Microbiology Letters, 365 (19), fny195 (2018). Y. Lin et al., Biotechnological production of plant-specific hydroxylated phenylpropanoids. Biotehcnol. Bioeng. 111(9), 1895-1899 (2014) Y. Lin et al., Biotechnological production of plant-specific hydroxylated phenylpropanoids. Biotehcnol. Bioeng. 111(9), 1895-1899 (2014)

이와 같은 상황 하에서, 에쿠올에 직접 수산화기를 도입하여 오르토-수산화에쿠올을 합성할 수 있는 생촉매의 개발이 요구되고 있으나, 아직까지 자연계에 존재하는 여러 효소 중 에쿠올을 수산화시킬 수 있는 효소는 보고된 예가 없다. 본 발명의 목적은 모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매 조성물 및 이를 이용하여 에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체, 특히, 오르토-수산화에쿠올을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Under such circumstances, development of a biocatalyst capable of synthesizing ortho-hydroxylated equol by introducing a hydroxyl group directly into equol is required. There are no reported examples. An object of the present invention is to provide a biocatalyst composition comprising a monooxygenase and a method for producing an equol hydroxide derivative, particularly ortho-hydroxylated equol, from equol using the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 오르토-수산화에쿠올 중 3'-하이드록시-에쿠올 또는 6-하이드록시-에쿠올의 선택적 합성을 위해, 돌연변이 모노옥시게나아제를 포함하는 생촉매 조성물을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a biocatalyst composition comprising a mutant monooxygenase for the selective synthesis of 3'-hydroxy-equol or 6-hydroxy-equol in ortho-hydroxyl-equol. will be.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 알려진 모노옥시게나아제 중 티로시나아제, 시토크롬 P450 또는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 코딩하는 유전자를 발현하는 재조합 대장균을 각각 제조하였다.In order to achieve the above object, the present inventors produced recombinant E. coli each expressing a gene encoding a tyrosinase, cytochrome P450 or 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase among known monooxygenases.

또한, 본 발명자들은 오르토-수산화에쿠올 중 3'-하이드록시-에쿠올 또는 6-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성을 높이기 위해 돌연변이 티로시나아제 및 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 각각 제조하고, 이들 돌연변이 효소를 코딩하는 유전자를 발현하는 재조합 대장균을 각각 제조하였다.In addition, in order to increase the selectivity to 3'-hydroxy-equol or 6-hydroxy-equol in ortho-hydroxyl equol, the present inventors have developed a mutant tyrosinase and a mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxyla. Each enzyme was prepared, and recombinant E. coli each expressing a gene encoding these mutant enzymes was prepared.

본 발명의 재조합 대장균은 에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 합성하는 방법에 이용될 수 있다. The recombinant E. coli of the present invention can be used in a method of synthesizing an equol hydroxylated derivative from equol.

구체적으로, 본 발명은 하기를 제공한다.Specifically, the present invention provides the following.

(1) 모노옥시게나아제, 모노옥시게나아제를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 미생물, 또는 상기 재조합 미생물을 포함하는 세포 배양액 또는 세포 추출물을 포함하는 에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 제조하기 위한 생촉매 조성물.(1) Monooxygenase, a recombinant microorganism containing a gene encoding a monooxygenase, or a biocatalyst for producing an equol hydroxide derivative from equol containing a cell culture medium or cell extract containing the recombinant microorganism Composition.

(2) (1) 에 있어서, 상기 모노옥시게나아제가 4-하이드록시 페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 플라빈 함유 모노옥시게나아제, 티로시나아제 또는 시토크롬 P450 인 생촉매 조성물.(2) The biocatalyst composition according to (1), wherein the monooxygenase is a flavin-containing monooxygenase containing 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase, tyrosinase, or cytochrome P450.

(3) (2) 에 있어서, 상기 티로시나아제가 (3) In (2), the tyrosinase is

서열번호 1 의 아미노산 서열로 나타내는 티로시나아제, 또는Tyrosinase represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, or

서열번호 1 의 아미노산 서열로 나타내는 티로시나아제에서, 209 번째 아르기닌이 글리신, 알라닌, 시스테인, 세린, 트레오닌, 티로신 또는 페닐알라닌으로 치환된 것인 생촉매 조성물. In the tyrosinase represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the 209 th arginine is substituted with glycine, alanine, cysteine, serine, threonine, tyrosine or phenylalanine.

(4) (3) 에 있어서, 상기 티로시나아제가 바실러스 메가테리움 (Bacillus megaterium) 로부터 유래한 티로시나아제인 생촉매 조성물.(4) The biocatalyst composition according to (3), wherein the tyrosinase is a tyrosinase derived from Bacillus megaterium.

(5) (2) 에 있어서, 상기 시토크롬 P450 이 서열번호 2 의 아미노산 서열로 나타내는 시토크롬 P450 인 생촉매 조성물.(5) The biocatalyst composition according to (2), wherein the cytochrome P450 is cytochrome P450 represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

(6) (2) 에 있어서, 상기 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제가 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 옥시게나아제 성분 (HpaB) 및 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 환원효소 성분 (HpaC) 을 포함하고, 상기 HpaB 가 (6) In (2), the 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase is an oxygenase component (HpaB) and 4-hydroxyphenylacetate of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase. It contains the reductase component (HpaC) of 3-hydroxylase, and the HpaB is

서열번호 3 의 아미노산 서열로 나타내는 HpaB 이거나,HpaB represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, or

서열번호 3 의 아미노산 서열로 나타내는 HpaB 에서, 292 번째 트레오닌, 464 번째 세린 또는 469 번째 아르기닌이 글리신, 알라닌, 발린, 류신 또는 이소류신으로 치환된 돌연변이 HpaB 인 생촉매 조성물.In HpaB represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, the biocatalyst composition is a mutant HpaB in which the 292 th threonine, 464 th serine or 469 th arginine is substituted with glycine, alanine, valine, leucine or isoleucine.

(7) (1) 에 있어서, 상기 미생물이 대장균인 생촉매 조성물.(7) The biocatalyst composition according to (1), wherein the microorganism is E. coli.

(8) (1) 에 있어서, 상기 에쿠올 수산화 유도체가 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 생촉매 조성물.(8) The equol hydroxide derivative according to (1) is 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, 8-hydroxy-equol, and 6, 3'-dihydroxy-equol. Biocatalyst composition which is one or more compounds selected from the group consisting of ol.

(9) (3) 에 있어서, 상기 에쿠올 수산화 유도체가 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올을 포함하는 것인 생촉매 조성물.(9) The biocatalyst according to (3), wherein the equol hydroxide derivative contains 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, and 6, 3'-dihydroxy-equol. Composition.

(10) (9) 에 있어서, 상기 티로시나아제가 서열번호 1 로 나타내는 티로시나아제에서, 209 번째 아르기닌이 글리신, 알라닌, 시스테인, 세린, 트레오닌, 티로신 또는 페닐알라닌으로 치환된 돌연변이 티로시나아제이고,(10) The tyrosinase according to (9), in the tyrosinase represented by SEQ ID NO: 1, the 209 th arginine is a mutant tyrosinase substituted with glycine, alanine, cysteine, serine, threonine, tyrosine or phenylalanine,

상기 돌연변이 티로시나아제는 6-하이드록시-에쿠올 대비 3'-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성이 서열번호 1 로 나타내는 티로시나아제에 비해 1.2 ~ 6 배 향상된 것을 특징으로 하는 생촉매 조성물.The mutant tyrosinase is a biocatalyst composition, characterized in that the selectivity for 3'-hydroxy-equol compared to 6-hydroxy-equol is 1.2 to 6 times improved compared to the tyrosinase represented by SEQ ID NO: 1.

(11) (5) 에 있어서, 상기 에쿠올 수산화 유도체가 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올 및 8-하이드록시-에쿠올을 포함하는 것인 생촉매 조성물.(11) The biocatalyst composition according to (5), wherein the equol hydroxide derivative contains 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, and 8-hydroxy-equol.

(12) (6) 에 있어서, 상기 HpaB 가 서열번호 3 의 아미노산 서열로 나타내는 HpaB 이고,(12) In (6), the HpaB is HpaB represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3,

상기 에쿠올 수산화 유도체가 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올을 포함하는 것인 생촉매 조성물.The biocatalyst composition wherein the equol hydroxide derivative comprises 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, and 6, 3'-dihydroxy-equol.

(13) (6) 에 있어서, 상기 HpaB 가, 서열번호 3 의 아미노산 서열로 나타내는 HpaB 에서 292 번째 트레오닌, 464 번째 세린 또는 469 번째 아르기닌이 글리신, 알라닌, 발린, 류신 또는 이소류신으로 치환된 돌연변이 HpaB 이고,(13) In (6), the HpaB is a mutant HpaB in which the 292 th threonine, the 464 th serine or the 469 th arginine is substituted with glycine, alanine, valine, leucine or isoleucine in HpaB represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 ,

상기 돌연변이 HpaB 를 포함하는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제가 3'-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올 대비 6-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성이 서열번호 3 으로 나타내는 HpaB 를 포함하는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제에 비해 2 ~ 16 배 향상된 것을 특징으로 하는 생촉매 조성물.The 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase containing the mutant HpaB is selected for 6-hydroxy-equol compared to 3'-hydroxy-equol and 6, 3'-dihydroxy-equol. A biocatalyst composition, characterized in that it is improved by 2 to 16 times compared to 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase containing HpaB represented by SEQ ID NO: 3.

(14) (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 생촉매 조성물의 존재 하에서, 에쿠올을 포함하는 반응물을 반응시켜 에쿠올 수산화 유도체를 얻는 단계를 포함하는 에쿠올 수산화 유도체의 제조 방법. (14) A method for producing an equol hydroxide derivative, comprising reacting a reactant containing equol in the presence of the biocatalyst composition of any one of (1) to (13) to obtain an equol hydroxide derivative.

(15) (14) 에 있어서, 생성된 에쿠올 수산화 유도체의 산화를 억제하기 위해, 상기 반응물이 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. (15) The method according to (14), wherein the reactant contains a reducing agent in order to suppress oxidation of the produced equol hydroxide derivative.

(16) (15) 에 있어서, 상기 환원제가 NAD(P)H, L-아스코빅산, 글루타티온 (glutathione), 다이타이오트레이톨 (dithiothreitol) 및 시스테인 (cysteine) 으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 방법.(16) One or more compounds according to (15), wherein the reducing agent is selected from the group consisting of NAD(P)H, L-ascorbic acid, glutathione, dithiothreitol, and cysteine. Way.

(17) (14) 에 있어서, 다이드제인을 포함하는 반응물을 반응시켜 에쿠올을 얻는 단계를 더 포함하고, 다이드제인을 포함하는 반응물로부터 에쿠올을 얻는 단계와, 에쿠올을 포함하는 반응물로부터 에쿠올 수산화 유도체를 얻는 단계가 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.(17) The step of (14), further comprising the step of reacting a reactant containing daidzein to obtain equol, obtaining equol from the reactant containing daidzein, and a reactant comprising equol A method, characterized in that the step of obtaining the equol hydroxide derivative from is carried out at the same time.

본 발명은 미생물 유래의 티로시나아제, 시토크롬 P450 또는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 재조합 대장균을 생촉매로 이용하여 S-에쿠올로부터 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올 및 6,3'-다이하이드록시-에쿠올을 생합성할 수 있다.The present invention uses a recombinant E. coli containing microorganism-derived tyrosinase, cytochrome P450 or 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase as a biocatalyst, and 3'-hydroxy-equol from S-equol, 6-hydroxy-equol, 8-hydroxy-equol and 6,3'-dihydroxy-equol can be biosynthesized.

또한, 본 발명은 돌연변이 티로시나아제를 포함하는 재조합 대장균을 생촉매로 이용하여 3'-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성을 야생형 티로시나아제 대비 최대 6 배 향상시켰다. In addition, the present invention improved the selectivity for 3'-hydroxy-equol by up to 6 times compared to wild-type tyrosinase by using recombinant E. coli containing mutant tyrosinase as a biocatalyst.

또한, 본 발명은 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 재조합 대장균을 생촉매로 이용하여 6-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성을 야생형 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제 대비 최대 16 배 향상시켰다. In addition, the present invention uses a recombinant E. coli containing a mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase as a biocatalyst to achieve selectivity for 6-hydroxy-equol. It was improved up to 16 times compared to roxylase.

또한, 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 재조합 대장균과 본 발명자의 선행 발명 (특허문헌 3) 에서 제조된 다이드제인에서 S-에쿠올을 합성하는 재조합 대장균을 조합하여 단일 용기 반응 (one-pot synthesis) 을 진행하였을 때, 다이드제인으로부터 6-하이드록시-에쿠올을 최대 244 mg/L 로 생산할 수 있었다.In addition, by combining the recombinant E. coli containing the mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase and the recombinant E. coli synthesizing S-equol from Daidzein prepared in the prior invention of the present inventor (Patent Document 3) When one-pot synthesis was carried out, it was possible to produce 6-hydroxy-equol from daidzein at a maximum of 244 mg/L.

본 발명은 S-에쿠올로부터 3'-하이드록시-에쿠올 또는 6-하이드록시-에쿠올을 선택적으로 합성할 수 있는 효율적이고 경제적인 제조 방법을 제시하고 있는바, 향후 오르토-수산화에쿠올에 관한 생리학적 연구 및 식품 또는 의약품 등으로의 활용을 가능하게 한다.The present invention proposes an efficient and economical method for selectively synthesizing 3'-hydroxy-equol or 6-hydroxy-equol from S-equol. It enables physiological research and use as food or medicine.

도 1 은 S-에쿠올이 티로시나아제, 시토크롬 P450 또는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제에 의해 수산화되어 오르토-수산화에쿠올인 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올 또는 6,3'-다이하이드록시-에쿠올로 생전환되는 반응 도식도이다.
도 2 는 바실러스 메가테리움으로부터 유래한 야생형 티로시나아제를 포함하는 생촉매를 이용하여 S-에쿠올의 오르토-수산화 반응을 진행한 뒤, 반응물을 고성능 액체 크로마토그래피 (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) 로 분석한 결과이다. 분석 결과, 에쿠올로부터 3'-하이드록시-에쿠올 (3'-OHE), 6-하이드록시-에쿠올 (6-OHE) 또는 6,3'-다이하이드록시-에쿠올 (6,3'-diOHE) 이 합성된 것을 확인하였다.
도 3 은 바실러스 메가테리움으로부터 유래한 티로시나아제의 R209C, R209F 또는 R209S 돌연변이 효소의 S-에쿠올에 대한 오르토-수산화 위치 선택성을 야생형 티로시나아제 대비하여 나타낸 도표이다. 야생형 대비 3'-OHE/6-OHE 수산화 선택성이 R209C 는 6 배, R209F 는 3 배, R209S는 1.2 배 향상되었다.
도 4 는 스트렙토마이시스 케틸리아로부터 유래한 시토크롬 P450 CYP102G4 를 발현하는 재조합 대장균과, 대장균으로부터 유래한 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 발현하는 재조합 대장균을 각각 생촉매로 하여 S-에쿠올을 오르토-수산화에쿠올로 생전환한 결과를 기체 크로마토그래피로 분석한 결과이다.
도 5 는 상기 도 2 와 도 4 에서 합성한 오르토-수산화에쿠올을 BSTFA (N, O-bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide) 로 트리메틸실릴화 (trimethyl silylation) 한 뒤 기체 크로마토그래피/질량 분석기로 분석한 질량 스펙트럼이다.
도 6 은 대장균으로부터 유래한 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 T292A, S464A 또는 S469A 돌연변이 효소의 S-에쿠올에 대한 오르토-수산화 위치 선택성을 야생형 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제 대비하여 나타낸 도표이다. 야생형 대비 6-OHE 에 대한 수산화 선택성이 S464A 및 S469A 는 약 2 배, T292A 의 경우 약 16 배 향상되었다.
도 7 은 본 발명의 S-에쿠올에서 6-하이드록시-에쿠올을 합성하는 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제 T292A 를 본 발명자의 선행 논문에서 제조된 다이드제인에서 S-에쿠올을 합성하는 재조합 대장균 (특허문헌 3) 과 혼합하여, 단일 용기 반응 (one-pot synthesis) 을 진행한 후 시간에 따라 각 이소플라본 유도체들의 농도를 기록한 도표이다.
FIG. 1 shows 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxyl, wherein S-equol is ortho-hydroxylated equol by being hydrated by tyrosinase, cytochrome P450 or 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase. -Equol, 8-hydroxy-equol or 6,3'-dihydroxy-equol is a schematic diagram of the bioconversion reaction.
FIG. 2 shows an ortho-hydroxylation reaction of S-equol using a biocatalyst containing a wild-type tyrosinase derived from Bacillus megaterium, and then the reaction product was subjected to High Performance Liquid Chromatography (HPLC). This is the result of analysis. As a result of the analysis, 3'-hydroxy-equol (3'-OHE), 6-hydroxy-equol (6-OHE) or 6,3'-dihydroxy-equol (6,3' -diOHE) was confirmed to be synthesized.
Figure 3 is a diagram showing the ortho-hydroxyl position selectivity for S-equol of the R209C, R209F or R209S mutant enzyme of tyrosinase derived from Bacillus megaterium compared to wild-type tyrosinase. Compared to the wild type, the 3'-OHE/6-OHE hydroxyl selectivity was improved by 6 times for R209C, 3 times for R209F, and 1.2 times for R209S.
4 is a recombinant Escherichia coli expressing cytochrome P450 CYP102G4 derived from Streptomyces ketilia and derived from Escherichia coli. The result of bioconversion of S-equol to ortho-hydroxyl equol using recombinant E. coli expressing 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase as a biocatalyst was analyzed by gas chromatography.
5 is a mass analyzed by gas chromatography/mass spectrometry after trimethyl silylation of the ortho-hydroxyl equol synthesized in FIGS. 2 and 4 with BSTFA ( N , O-bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide) It's a spectrum.
Figure 6 shows the ortho-hydroxyl position selectivity for S-equol of the T292A, S464A or S469A mutant enzyme of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase derived from Escherichia coli wild-type 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxyl. It is a diagram showing the comparison of roxylase. Compared to the wild type, the hydroxyl selectivity for 6-OHE was improved about 2 times for S464A and S469A, and about 16 times for T292A.
7 is a mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase T292A synthesizing 6-hydroxy-equol from S-equol of the present invention, S- in daidzein prepared in the previous paper of the present inventor. It is a chart that records the concentration of each isoflavone derivative over time after mixing with recombinant E. coli (Patent Document 3) that synthesizes equol, and proceeding with one-pot synthesis.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다. 또한, 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로, 당업자라면 그 의미를 누구나 이해할 수 있을 것이나, 본 명세서에서 간략히 설명하면 다음과 같다:The nomenclature used in this specification and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art. In addition, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used in the present specification have the same meaning as commonly understood by a skilled expert in the technical field to which the present invention belongs, and anyone skilled in the art can understand the meaning. There will be, but briefly described in this specification as follows:

(1) 발현: 재조합 유전자를 포함하는 벡터를 포함하는 미생물에서 재조합 단백질을 생산하는 것을 의미한다.(1) Expression: It means the production of a recombinant protein in a microorganism containing a vector containing a recombinant gene.

(2) 벡터: 단일가닥, 이중가닥, 원형 또는 초나선 DNA 또는 RNA로 이루어진 폴리뉴클레오티드를 의미한다. 벡터는 재조합 단백질을 생산할 수 있도록 적절한 거리에 작동적으로 연결되어 있는 복제 오리진, 프로모터, 리보솜 결합부위, 핵산 카세트, 종결 등으로 구성되어 있다. 발현할 재조합 단백질에 코딩하는 유전자를 핵산 카세트 위치에 삽입한다.(2) Vector: refers to a polynucleotide consisting of single-stranded, double-stranded, circular or super-stranded DNA or RNA. The vector is composed of an origin of replication, a promoter, a ribosome binding site, a nucleic acid cassette, a terminator, etc. that are operably linked at an appropriate distance to produce a recombinant protein. The gene encoding the recombinant protein to be expressed is inserted at the position of the nucleic acid cassette.

(3) 세포 추출물: 재조합 단백질이 발현된 미생물을 파쇄한 후, 원심분리기로 고형 세포 찌꺼기를 제거한 후의 상층액을 의미한다.(3) Cell extract: refers to the supernatant after crushing the microorganism expressing the recombinant protein and removing solid cell debris with a centrifuge.

(4) 전세포 반응: 특정 효소를 포함하는 세포를 파쇄하여 세포 추출물을 이용하거나 또는 효소를 분리 정제하지 않고 온전한 세포 전체를 이용한 반응을 의미한다.(4) Whole cell reaction: refers to a reaction using a cell extract by disrupting cells containing a specific enzyme, or using whole cells without separating and purifying the enzyme.

(5) 형질 전환: 외래성 유전자가 도입됨에 의한 숙주 세포의 유전자형의 변형을 의미하며, 그 형질전환에 사용된 방법과 상관없이 외래성 유전자가 숙주 세포 내로 도입된 것을 의미한다. 이는 유전자 도입에 있어서 당업자에게 공지된 임의의 방법들, 예를 들어, DNA-충전된 입자들로의 포격, 원형질체를 이용한 형질전환, DNA의 미세주입, 전기천공, 컴피턴트 (competent) 세포의 접합 또는 형질전환, 화학물질 또는 아그로박테리아-매개된 형질전환을 포함할 것이다. 또한, 외래성 유전자는 벡터나 유리 핵산 (예를 들어, DNA, RNA) 의 보조 하에 세포 내로 도입될 수 있으며, 재조합에 의해 숙주 게놈 내로 삽입되거나 세포에서 유리 형태로 존재할 수 있다. (5) Transformation: refers to the modification of the genotype of a host cell by the introduction of a foreign gene, and refers to the introduction of a foreign gene into the host cell regardless of the method used for the transformation. This is any method known to those skilled in the art for gene introduction, for example, bombardment with DNA-filled particles, transformation using protoplasts, microinjection of DNA, electroporation, conjugation of competent cells. Or transformation, chemical or Agrobacteria-mediated transformation. In addition, the foreign gene may be introduced into a cell under the assistance of a vector or free nucleic acid (eg, DNA, RNA), and may be inserted into the host genome by recombination or exist in a free form in the cell.

본 발명의 생촉매 조성물은 모노옥시게나아제, 모노옥시게나아제를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 미생물, 또는 상기 재조합 미생물을 포함하는 세포 배양액 또는 세포 추출물을 포함한다. 또한, 본 발명의 생촉매 조성물은 돌연변이 모노옥시게나아제, 돌연변이 모노옥시게나아제를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 미생물, 또는 상기 재조합 미생물을 포함하는 세포 배양액 또는 세포 추출물을 포함한다. 상기 재조합 미생물은 바람직하게는 재조합 대장균이다.The biocatalyst composition of the present invention comprises a monooxygenase, a recombinant microorganism containing a gene encoding a monooxygenase, or a cell culture medium or cell extract containing the recombinant microorganism. In addition, the biocatalyst composition of the present invention includes a mutant monooxygenase, a recombinant microorganism comprising a gene encoding a mutant monooxygenase, or a cell culture medium or cell extract containing the recombinant microorganism. The recombinant microorganism is preferably a recombinant E. coli.

본 발명의 모노옥시게나아제는 기질에 하나의 수산화기를 도입하는 효소를 지칭하는 것으로, 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 플라빈 함유 모노옥시게나아제 (flavin containing monooxygenase), 티로시나아제 또는 시토크롬 P450 을 포함한다. The monooxygenase of the present invention refers to an enzyme that introduces one hydroxyl group into a substrate, and a flavin-containing monooxygenase including 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase, Tyrosinase or cytochrome P450.

상기 티로시나아제는 미생물로부터 유래한 것으로, 상기 미생물은 바실러스 속 (Bacillus), 아스퍼질러스 속 (Aspergilus), 아가리쿠스 속 (Agaricus) 및 스트렙토마이시스 속 (Streptomyces) 을 포함한다. 바람직하게는, 상기 티로시나아제는 바실러스 속에서 유래된 것이며, 더욱 바람직하게는, 바실러스 메가테리움 (Bacillus megaterium) 으로부터 유래된 것이다.And the tyrosinase is derived from that microorganism, the microorganism comprises a Bacillus (Bacillus), in Aspergillus (Aspergilus), in Agaricus (Agaricus) and Streptomyces genus cis (Streptomyces). Preferably, the tyrosinase is derived from the genus Bacillus, more preferably, is derived from Bacillus megaterium.

상기 시토크롬 P450 은 미생물로부터 유래한 것으로, 상기 미생물은 바실러스 속 (Bacillus), 스트렙토마이시스 속 (Streptomyces), 슈도모나스 속 (Pseudomonas) 및 칸디다 속 (Candida) 을 포함한다. 바람직하게는, 상기 시토크롬 P450 은 스트렙토마이시스 케틸리아 (Streptomyces cattleya), 스트렙토마이시스 아버미틸리스 (Streptomyces avermitilis), 스트렙토마이시스 코엘리컬러 (Streptomyces coelicolor), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megaterium), 슈도모나스 푸디다 (Pseudomonas putida), 칸디다 트로피칼리스 (Candida tropicalis) 로부터 유래된 것이며, 더욱 바람직하게는, 스트렙토마이시스 케틸리아로부터 유래된 것이다. The cytochrome P450 is derived from a microorganism, and the microorganisms include the genus Bacillus , the genus Streptomyces , the genus Pseudomonas , and the genus Candida . Preferably, the cytochrome P450 is Streptomyces cattleya , Streptomyces avermitilis, Streptomyces coelicolor , Bacillus megaterium , Pseudomonas putida , Candida tropicalis (Candida tropicalis), more preferably, is derived from Streptomyces ketilia.

상기 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제는 미생물로부터 유래한 것으로, 상기 미생물은 대장균 속 (Escherichia), 슈도모나스 속 (Pseudomonas) 및 클렙시엘라 속 (Klebsiella) 을 포함한다. 바람직하게는, 상기 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제는 대장균 (Escherichia coli), 테르무스 테르모필루스 (Thermus thermophiles), 슈도모나스 아시도보란스 (Pseudomonas acidovorans), 슈도모나스 오발리스 (Pseudomonas ovalis), 슈도모나스 푸티다 (Pseudomonas putida), 클렙시엘라 뉴모니아 (Klebsiella pneumonia) 으로부터 유래된 것이며, 더욱 바람직하게는 대장균으로부터 유래된 것이다.The 4-hydroxyphenyl acetate, 3-hydroxy xylanase may be derived from a microorganism, said microorganism including the genus Escherichia (Escherichia), Pseudomonas species (Pseudomonas) and keulrep when in Ella (Klebsiella). Preferably, the 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase is Escherichia coli , Thermus thermophiles , Pseudomonas acidovorans , Pseudomonas ovalis , , Pseudomonas putida , Klebsiella pneumonia (Klebsiella pneumonia) , more preferably from E. coli.

본 발명의 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 옥시게나아제 성분 (HpaB) 과 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 환원효소 성분 (HpaC) 이 함께 발현되어 기능하는 것을 의미하는 것으로, HpaBC 로도 지칭된다. 여기서, HpaB 는 야생형 HpaB 또는 돌연변이 HpaB 를 지칭할 수 있다.The 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase of the present invention comprises the oxygenase component (HpaB) of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase and 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase. It means that the reductase component (HpaC) is expressed and functions together, and is also referred to as HpaBC. Here, HpaB may refer to wild-type HpaB or mutant HpaB.

본 발명의 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제는 돌연변이 HpaB 와 야생형 HpaC 가 함께 발현되어 기능하는 것을 의미하는 것으로, 돌연변이 HpaB 에서 변경된 아미노산의 위치는 야생형 HpaB 의 아미노산 서열을 기준으로 한다.The mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase of the present invention means that the mutant HpaB and wild-type HpaC are expressed and functioned together, and the position of the altered amino acid in the mutant HpaB is based on the amino acid sequence of wild-type HpaB. .

본 발명에서, 바실러스 메가테리움으로부터 유래된 야생형 티로시나아제는 서열번호 1 의 아미노산 서열로 나타내고, 스트렙토마이시스 케틸리아로부터 유래된 야생형 시토크롬 P450 은 서열번호 2 의 아미노산 서열로 나타내며, 대장균으로부터 유래된 야생형 HpaB 는 서열번호 3 의 아미노산으로 나타내고, 대장균으로부터 유래된 야생형 HpaC 는 서열번호 4 의 아미노산으로 나타낸다.In the present invention, the wild-type tyrosinase derived from Bacillus megaterium is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and the wild-type cytochrome P450 derived from Streptomyces ketilia is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, derived from E. coli The resulting wild-type HpaB is represented by the amino acid of SEQ ID NO: 3, and the wild-type HpaC derived from E. coli is represented by the amino acid of SEQ ID NO: 4.

본 발명의 한 구현예에서는, 바실러스 메가테리움으로부터 유래된 티로시나아제의 아미노산 서열 중 209 번째 아르기닌이 글리신, 알라닌, 시스테인, 세린, 트레오닌, 티로신 또는 페닐알라닌으로 치환된 돌연변이 티로시나아제가 제조된다. 바람직하게는, 상기 돌연변이 티로시나아제는 209 번째 아르기닌의 시스테인 (R209C), 세린 (R209S) 또는 페닐알라닌 (R209F) 으로의 치환을 포함하고, 보다 바람직하게는, 시스테인 또는 페닐알라닌으로의 치환을 포함하고, 더욱 바람직하게는 시스테인으로의 치환을 포함한다.In one embodiment of the present invention, a mutant tyrosinase in which the 209 th arginine of the amino acid sequence of the tyrosinase derived from Bacillus megaterium is substituted with glycine, alanine, cysteine, serine, threonine, tyrosine or phenylalanine is prepared. Preferably, the mutant tyrosinase comprises a substitution of cysteine (R209C), serine (R209S) or phenylalanine (R209F) of the 209 th arginine, more preferably, a substitution of cysteine or phenylalanine, More preferably, it includes substitution with cysteine.

본 발명의 다른 구현예에서는, 대장균으로부터 유래된 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 아미노산 서열 중 292 번째 트레오닌, 464 번째 세린 또는 469 번째 아르기닌이 글리신, 알라닌, 발린, 류신 또는 이소류신으로 치환된 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제가 제조된다. 바람직하게는, 상기 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제는 292 번째 트레오닌의 알라닌으로의 치환 (T292A), 464 번째 세린의 알라닌으로의 치환 (S464A), 또는 469 번째 아르기닌의 알라닌으로의 치환 (R469A) 을 포함한다.In another embodiment of the present invention, the 292 th threonine, 464 th serine or 469 th arginine of the amino acid sequence of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase derived from E. coli is glycine, alanine, valine, leucine, or isoleucine. A substituted mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase is prepared. Preferably, the mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase is a substitution of threonine at 292 to alanine (T292A), substitution of serine at 464 to alanine (S464A), or alanine at arginine at 469 And the substitution of (R469A).

상기 생촉매 조성물은 S-에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 합성하는 반응에 이용된다. 상기 에쿠올 수산화 유도체는 바람직하게는 오르토-수산화에쿠올이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 오르토-수산화에쿠올은 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올을 포함한다.The biocatalyst composition is used in a reaction for synthesizing an equol hydroxide derivative from S-equol. The equol hydroxide derivative is preferably ortho-hydroxyl equol, but is not limited thereto, and the ortho-hydroxyl equol is 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, 8-hydroxy -Equol and 6, 3'-dihydroxy-equol.

상기 재조합 미생물은 전세포 촉매로 이용될 수 있다. 전세포 촉매는 많은 생촉매 반응에 이용되고 있으며, 상온 상압의 온화한 조건에서 반응을 진행시키고, 반응특이성이 우수하다는 장점이 있다. 조효소가 꼭 필요하거나 여러 단계의 반응을 수반하는 공정 혹은 정제 시 효소의 활성이 현저히 감소하는 경우 등에서는 전세포를 이용하여 생촉매 공정을 수행하는 것이 더 유리하다. 또한, 반응 종료 후 생성물의 정제 시에도 전세포로 이용된 재조합 미생물을 원심분리기를 이용하여 선택적으로 분리할 수 있기 때문에 유리하다.The recombinant microorganism can be used as a whole cell catalyst. Whole-cell catalysts are used in many biocatalytic reactions, and have the advantage that the reaction proceeds under mild conditions at room temperature and pressure, and has excellent reaction specificity. It is more advantageous to perform the biocatalytic process using whole cells in a case where a coenzyme is absolutely necessary, a process involving a reaction of several steps, or when the activity of the enzyme is significantly reduced during purification. In addition, even when the product is purified after completion of the reaction, it is advantageous because the recombinant microorganism used as whole cells can be selectively separated using a centrifuge.

본 발명의 한 구현예에서는, 재조합 대장균을 전세포 촉매로 이용하여 S-에쿠올로부터 오르토-수산화에쿠올을 합성한다. 생성된 오르토-수산화에쿠올의 추가적인 산화를 억제하기 위하여, 반응물에 환원제가 첨가될 수 있으며, 또한, 생성된 오르토-수산화에쿠올과 배위 결합을 이룰 수 있는 물질이 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, ortho-hydroxyl equol is synthesized from S-equol using recombinant E. coli as a whole cell catalyst. In order to suppress further oxidation of the produced ortho-hydroxylated equol, a reducing agent may be added to the reactant, and a substance capable of coordinating with the produced ortho-hydroxylated equol may be added.

상기 환원제로는, NAD(P)H, L-아스코빅산, 글루타티온 (glutathione), 다이타이오트레이톨 (dithiothreitol) 또는 시스테인 (cysteine) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As the reducing agent, NAD(P)H, L-ascorbic acid, glutathione, dithiothreitol, cysteine, and the like may be used, but are not limited thereto.

첨가되는 환원제의 농도는 초기 기질 농도의 약 1 내지 약 100 배가 바람직하며, 1 내지 30 배가 더 바람직하고, 1 내지 10 배가 더욱 바람직하다. 첨가한 배위결합 전구체의 농도는 S-에쿠올의 농도 대비 1 내지 10000 배가 바람직하며, 50 내지 600 배가 더 바람직하고, 100 내지 500 배가 더욱 바람직하다.The concentration of the reducing agent to be added is preferably about 1 to about 100 times the initial substrate concentration, more preferably 1 to 30 times, and more preferably 1 to 10 times. The concentration of the added coordination precursor is preferably 1 to 10000 times, more preferably 50 to 600 times, and more preferably 100 to 500 times the concentration of S-equol.

반응액에는 pH 완충작용을 위해 완충액이 포함될 수 있다. 상기 완충액으로는, 트리스 완충액, HEPES (N-[2-하이드로에틸]피페라진-N'-[2-에탄술폰산]) 완충액, 붕산염 (borate) 완충액 또는 인산염 (phosphate) 완충액 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 완충액으로는 인산염 완충액이 바람직하며, 인산칼륨 완충액이 보다 바람직하다. 완충액의 농도는 약 50 내지 약 200 mM 가 바람직하다. The reaction solution may contain a buffer solution for pH buffering. As the buffer, Tris buffer, HEPES (N-[2-hydroethyl] piperazine-N'-[2-ethanesulfonic acid])   buffer, borate buffer, phosphate buffer, etc. may be used, It is not limited thereto. As the buffer solution, a phosphate buffer solution is preferable, and a potassium phosphate buffer solution is more preferable. The concentration of the buffer solution is preferably about 50 to about 200 mM.

반응액의 pH는 약 5 내지 약 10 이 바람직하며, 약 6 내지 약 9 가 더 바람직하고, 약 7 내지 약 8 이 더욱 바람직하다. 반응 온도는 약 18 내지 약 37 ℃ 가 바람직하며, 약 25 내지 약 37 ℃ 가 보다 바람직하다. 반응기의 교반 속도는 약 50 내지 약 400 rpm 이 바람직하며 약 80 내지 약 250 rpm 이 더 바람직하고, 약 100 내지 약 200 rpm 이 더욱 바람직하다.The pH of the reaction solution is preferably about 5 to about 10, more preferably about 6 to about 9, and even more preferably about 7 to about 8. The reaction temperature is preferably about 18 to about 37°C, more preferably about 25 to about 37°C. The stirring speed of the reactor is preferably about 50 to about 400 rpm, more preferably about 80 to about 250 rpm, more preferably about 100 to about 200 rpm.

상기 에쿠올 합성 반응기 내 탄소 공급원으로는 글루코오스 또는 글리세롤을 사용할 수 있다. 글루코오스 또는 글리세롤의 농도는 약 1 내지 약 5 (w/v)% 가 바람직하고, 약 1 내지 약 3 (w/v)% 가 보다 바람직하다. 본 발명의 재조합 미생물의 농도는 광학 밀도 (Optical Density, 이하 O.D.로 약칭) 600 nm 가 약 1 내지 약 100 이 바람직하며, 약 5 내지 약 50 이 더 바람직하고, 약 10 내지 약 20 이 더욱 바람직하다.Glucose or glycerol may be used as a carbon source in the equol synthesis reactor. The concentration of glucose or glycerol is preferably about 1 to about 5 (w/v)%, more preferably about 1 to about 3 (w/v)%. The concentration of the recombinant microorganism of the present invention has an optical density (Optical Density, hereinafter abbreviated as OD) of 600 nm, preferably about 1 to about 100, more preferably about 5 to about 50, and more preferably about 10 to about 20. .

상기 반응에서 기질의 용해도를 향상시키기 위해 폴리에틸렌글리콜 (polyethylene glycol) 또는 폴리바이닐피롤리돈 (polyvinyl pyrrolidone) 이 이용될 수 있다.In the reaction, polyethylene glycol or polyvinyl pyrrolidone may be used to improve the solubility of the substrate.

본 발명의 한 구현예에서는, 본 발명에서 제조된 재조합 균주와 본 발명자의 선행 발명 (특허문헌 3) 에서 공개된 다이드제인으로부터 S-에쿠올을 생산하는 재조합 대장균 (tDDDT) 을 조합한 것을 생촉매로 사용하여, 단일 용기 반응을 통해 다이드제인으로부터 6-하이드록시-에쿠올을 선택적으로 합성한다. 반응에는 환원제를 첨가하여 생성물의 추가적인 산화를 억제한다. 상기 환원제로서, NAD(P)H, L-아스코빅산, 글루타티온 (glutathione), 다이타이오트레이톨 (dithiothreitol) 또는 시스테인 (cysteine) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 그 외 반응 조건들은 전술한 바에 따른다.In one embodiment of the present invention, a combination of the recombinant strain produced in the present invention and the recombinant E. coli (tDDDT) producing S-equol from Daidzein disclosed in the prior invention of the present inventor (Patent Document 3) is produced. As a catalyst, 6-hydroxy-equol is selectively synthesized from daidzein via a single vessel reaction. A reducing agent is added to the reaction to inhibit further oxidation of the product. As the reducing agent, NAD(P)H, L-ascorbic acid, glutathione, dithiothreitol, cysteine, and the like may be used, but are not limited thereto. Other reaction conditions are as described above.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예로서 상세히 설명하나, 본 발명의 기술적 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a specific method of the present invention will be described in detail as examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples.

[실시예][Example]

[제조예 1]: 티로시나아제를 발현하는 재조합 대장균의 제조[Production Example 1]: Preparation of recombinant E. coli expressing tyrosinase

바실러스 메가테리움 (Bacillus megaterium) 유래의 티로시나아제 DNA 서열을 PCR 을 통해 증폭시킨 후 pet28a 또는 petDuet 벡터에 각각 넣고, 이를 E. coli 에서 히스택 (His-tag, 6 histidine-tag) 과 같이 각각 발현하였다. 발현 방법은 아래와 같다. 티로시나아제 염기 서열이 삽입된 플라스미드를 BL21 반응능 세포 (competent cell) 에 형질전환 후, 각각 플라스미드에 맞는 항생제를 포함한 LB 고체 배지에서 37℃ 배양기에서 배양하였다. 이후, LB 고체 배지에서 수득된 하나의 콜로니를, 항생제를 포함하는 5 mL LB 액체 배지에 접종하고 8 시간 동안 37℃ 배양기에서 200 rpm 의 속도로 배양하였다. 수득된 배양액을, 항생제를 포함한 50 mL 의 새로운 액체 배지에 1 v% (500 uL) 가 되도록 접종하고, 37°C 배양기에서 추가적으로 배양하였다. 세포 O.D 600 nm 가 0.6 에 도달하면, 2 mM IPTG와 1 mM CuSO4 를 넣고, 18°C 배양기에서 200 rpm 의 속도로 17 시간 배양하여 단백질 발현을 유도하였다. 17 시간 배양 후 세포 배양액을 4000 rpm 으로 원심 분리하여 세포를 얻고, 이를 5 mL PBS 로 세척하였다. 세척 이후 전세포 반응은 트리스-염산염 (tris-HCl) 완충액이나 붕산염 완충액에서 진행되었으며, 그 외 세포 추출물은 초음파 처리를 통해 준비하였다. In vitro 전세포 반응은 세포 추출물 중 수용체 부분을 그대로 사용하거나, 상용적인 히스택 정제법으로 정제한 단백질을 이용하였으며, 이에 대해서는 각각의 실시예에 구체적으로 명시하였다. After amplifying the tyrosinase DNA sequence derived from Bacillus megaterium through PCR, put it in pet28a or petDuet vector, respectively, and this in E. coli as His-tag (6 histidine-tag), respectively. Expressed. The expression method is as follows. The plasmid into which the tyrosinase base sequence was inserted was transformed into BL21 competent cells, and then incubated in an incubator at 37° C. in an LB solid medium containing an antibiotic suitable for each plasmid. Thereafter, one colony obtained in the LB solid medium was inoculated into 5 mL LB liquid medium containing antibiotics and incubated at a speed of 200 rpm in a 37°C incubator for 8 hours. The obtained culture solution was inoculated to 1 v% (500 uL) in 50 mL of a fresh liquid medium containing antibiotics, and further cultured in a 37°C incubator. When the cell OD 600 nm reached 0.6, 2 mM IPTG and 1 mM CuSO 4 were added, and protein expression was induced by incubating for 17 hours at a rate of 200 rpm in an 18 °C incubator. After culturing for 17 hours, the cell culture solution was centrifuged at 4000 rpm to obtain cells, which were washed with 5 mL PBS. After washing, the whole cell reaction was carried out in tris-HCl buffer or borate buffer, and other cell extracts were prepared through ultrasonic treatment. For the in vitro whole cell reaction, the receptor portion of the cell extract was used as it is, or a protein purified by a conventional histack purification method was used, which is specifically specified in each of the Examples.

[제조예 2]: 돌연변이 티로시나아제 및 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 재조합 대장균의 제조[Preparation Example 2]: Preparation of recombinant E. coli containing mutant tyrosinase and mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase

본 발명에서는 바실러스 메가테리움로부터 유래한 티로시나아제의 돌연변이 효소를 제작하기 위해, 서열번호 1 의 아미노산 서열로 나타내는 티로시나아제 (야생형 티로시나아제) 에서 기질 결합 위치에 있는 209 번째 아르기닌 잔기를 동정하였다. 이후, 해당 잔기를 시스테인, 페닐알라닌 또는 세린으로 치환한 각각의 돌연변이 티로시나아제를 제작하였다.In the present invention, in order to prepare a mutant enzyme for tyrosinase derived from Bacillus megaterium, the 209 th arginine residue at the substrate binding site in the tyrosinase (wild type tyrosinase) represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was identified. I did. Then, each mutant tyrosinase was prepared in which the corresponding residue was substituted with cysteine, phenylalanine, or serine.

또한, 대장균으로부터 유래한 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 제작하기 위해, 서열번호 3 의 아미노산 서열로 나타내는 HpaB (야생형 HpaB) 에서 기질 결합 위치에 있는 292 번째 트레오닌 잔기, 464 번째 세린 잔기 및 469 번째 아르기닌 잔기를 동정하였다. 이후, 야생형 HpaB 에서 292 번째 트레오닌 잔기, 464 번째 세린 잔기 또는 469 번째 아르기닌 잔기가 알라닌으로 치환된 각각의 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 제작하였다. 돌연변이 티로시나아제 및 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 유전자를 포함한 벡터의 제작은 당해 분야에서 일반적으로 널리 이용되는 위치 선택적 돌연변이 (site-directed mutagenesis) 방법에 따라 제작하였다. 제조된 돌연변이 티로시나아제와 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 포함하는 벡터를 대장균에 형질 전환하여 재조합 균주를 획득하였으며, 티로시나아제의 경우, 재조합 균주를 이용하여 효소를 발현한 후, 세포를 파쇄하여 얻어진 세포 추출액 또는 정제한 티로시나아제를 생촉매로 이용하였으며, 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 경우는 전세포 반응을 이용하였다.In addition, in order to produce a mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase derived from E. coli, the 292 th threonine residue at the substrate binding site in HpaB (wild type HpaB) represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, 464 th The serine residue and the 469th arginine residue were identified. Then, in wild-type HpaB, each mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase in which the 292 th threonine residue, the 464 th serine residue, or the 469 th arginine residue was substituted with alanine was prepared. Construction of a vector including the gene of mutant tyrosinase and mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase was constructed according to the site-directed mutagenesis method generally widely used in the art. A vector containing the prepared mutant tyrosinase and mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase was transformed into E. coli to obtain a recombinant strain, and in the case of tyrosinase, the enzyme was expressed using the recombinant strain. After that, the cell extract obtained by disrupting the cells or purified tyrosinase was used as a biocatalyst, and in the case of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase, a whole cell reaction was used.

[실시예 1]: 생촉매로서 티로시나아제를 이용한 오르토-수산화에쿠올의 합성[Example 1]: Synthesis of ortho-hydroxyl equol using tyrosinase as a biocatalyst

바실러스 메가테리움로부터 유래한 티로시나아제를 상기 제조예 1 에 따라 재조합 대장균 균주에서 발현한 후 세포를 분쇄하여 세포 추출액을 얻었다. 이후, 야생형 티로시나아제를 포함하는 세포 추출액 20 μL, 아스코르브산 5 mM, 붕산염 완충액 (borate buffer, pH 9) 200 mM, S-에쿠올 0.2 mM 로 이루어진 반응 용액을 37℃, 200 rpm 에서 1 시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후, 반응액 0.5 mL 에 1 N 염산 40 μL 와 에틸 아세테이트 1 mL 을 첨가하여 반응 생성물을 추출한 후, 고성능 액체 크로마토그래피 (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) 로 생성물을 확인하였다. 그 결과, S-에쿠올의 전환율은 40% 였으며, 주요 생성물로서 3'-하이드록시-에쿠올 (3'-OHE), 6-하이드록시-에쿠올 (6-OHE) 및 6,3'-다이하이드록시-에쿠올 (6,3'-diOHE) 이 생성된 것을 HPLC 로 확인하였다 (도 2). 상기 전환율은 「(감소한 기질의 농도/초기 기질의 농도) × 100 (%)」 을 나타낸다.After the tyrosinase derived from Bacillus megaterium was expressed in the recombinant E. coli strain according to Preparation Example 1, the cells were pulverized to obtain a cell extract. Thereafter, a reaction solution consisting of 20 μL of a cell extract containing wild-type tyrosinase, 5 mM ascorbic acid, 200 mM borate buffer (pH 9), and 0.2 mM S-equol was added at 37° C., 200 rpm for 1 hour. Reacted for a while. After the reaction was completed, 40 μL of 1 N hydrochloric acid and 1 mL of ethyl acetate were added to 0.5 mL of the reaction solution to extract the reaction product, and the product was confirmed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). As a result, the conversion rate of S-equol was 40%, and as main products, 3'-hydroxy-equol (3'-OHE), 6-hydroxy-equol (6-OHE) and 6,3'- It was confirmed by HPLC that dihydroxy-equol (6,3'-diOHE) was produced (FIG. 2). The conversion rate represents "(concentration of reduced substrate/concentration of initial substrate) x 100 (%)".

[실시예 2]: 생촉매로서 돌연변이 티로시나아제를 이용한 오르토-수산화에쿠올의 합성[Example 2]: Synthesis of ortho-hydroxyl equol using mutant tyrosinase as a biocatalyst

상기 제조예 2 에 따라 제작된 돌연변이 티로시나아제 R209C, R209F 및 R209S 를 이용하여 실시예 1 과 동일한 반응 조건 하에서 S-에쿠올로부터 오르토-수산화에쿠올의 합성 반응을 수행하였다. 그 결과, 야생형 티로시나아제와 대비하여, 돌연변이 티로시나아제의 3'-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성이 1.2 ~ 6 배 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다 (도 3).Synthesis of ortho-hydroxyl equol from S-equol was performed under the same reaction conditions as in Example 1 using the mutant tyrosinase R209C, R209F and R209S prepared according to Preparation Example 2. As a result, compared to the wild-type tyrosinase, it was confirmed that the selectivity of the mutant tyrosinase to 3'-hydroxy-equol increased 1.2 to 6 times (FIG. 3).

[실시예 3]: 생촉매로서 시토크롬 P450 또는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 이용한 오르토-수산화에쿠올 합성[Example 3]: Synthesis of ortho-hydroxyl equol using cytochrome P450 or 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase as a biocatalyst

스트렙토마이시스 케틸리아로부터 유래한 야생형 시토크롬 P450 CYP102G4 를 발현하는 재조합 대장균과, 대장균으로부터 유래한 야생형 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 발현하는 재조합 대장균을 각각 생촉매로 이용하여 100 mM 인산칼륨 완충액에 미생물의 O.D 를 10 으로 설정한 후, S-에쿠올 0.2 mM, 포도당 2% (w/v), 글리세롤 1% (v/v), 아스코르브산 10 mM 가 포함된 반응액을 200 rpm 으로 교반하면서 18 시간 동안 반응을 진행하였다. 그 결과 시토크롬 P450 을 생촉매로 사용한 경우, 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올 및 8-하이드록시-에쿠올이 생성물로 얻어진 반면, 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 생촉매로 사용한 경우, 6-하이드록시-에쿠올 및 6,3'-다이하이드록시-에쿠올이 생성물로 얻어졌다 (도 4).Recombinant E. coli expressing wild-type cytochrome P450 CYP102G4 derived from Streptomyces ketilia and recombinant E. coli expressing wild-type 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase derived from E. coli were used as biocatalysts. After setting the OD of the microorganism to 10 in mM potassium phosphate buffer, a reaction solution containing 0.2 mM S-equol, 2% glucose (w/v), 1% glycerol (v/v), and 10 mM ascorbic acid was added. The reaction was carried out for 18 hours while stirring at 200 rpm. As a result, when cytochrome P450 was used as a biocatalyst, 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol and 8-hydroxy-equol were obtained as products, whereas 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxyl When roxylase was used as a biocatalyst, 6-hydroxy-equol and 6,3'-dihydroxy-equol were obtained as products (Fig. 4).

본 발명에서 합성한 오르토-수산화에쿠올은 효소를 이용하여 최초로 생전환한 결과이기 때문에 BSTFA (N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide) 로 트리메틸실릴화 (trimethylsilylation) 한 후, 기체 크로마토그래피/질량 분석기로 분석하여 정확한 수산화 위치를 동정하였다 (도 5).Since the ortho-hydroxyl equol synthesized in the present invention is the result of bioconversion for the first time using an enzyme, trimethylsilylation with BSTFA (N , O- Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide), followed by gas chromatography/mass spectrometry. Analysis was performed to identify the exact hydroxyl position (FIG. 5).

[실시예 4]: 생촉매로서 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 이용한 오르토-수산화에쿠올의 합성[Example 4]: Synthesis of ortho-hydroxyl equol using mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase as a biocatalyst

상기 제조예 2 에 따라 제작된 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제를 발현하는 대장균을 생촉매로하여 S-에쿠올의 생전환 반응을 시도하였다. 구체적으로, 0.2 mM S-에쿠올을 기질로 하여 4 시간 반응 후 전환율 및 생산된 오르토-수산화-S-에쿠올의 생산 농도를 측정하였으며, 나머지 반응 조건은 실시예 3 과 동일하게 진행하였다. 그 결과, 야생형 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제와 대비하여, 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 6-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성이 2 ~ 16 배 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다. 상기 선택성은, 3'-하이드록시 에쿠올 (3'-OHE) 및 6,3'-다이하이드록시-에쿠올 (6,3'-diOHE) 대비 6-하이드록시 에쿠올 (6-OHE) 의 생성량의 비를 나타낸 것이다 [즉, 선택성 = 6-OHE/(3'-OHE + 6,3'-diOHE)] (도 6).A bioconversion reaction of S-equol was attempted using E. coli expressing the mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase prepared according to Preparation Example 2 as a biocatalyst. Specifically, conversion rate and production concentration of the produced ortho-hydroxyl-S-equol were measured after 4 hours reaction using 0.2 mM S-equol as a substrate, and the remaining reaction conditions were carried out in the same manner as in Example 3. As a result, compared to wild-type 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase, the selectivity of the mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase to 6-hydroxy-equol is about 2 to 16 times. It could be confirmed that it increased. The selectivity is that of 6-hydroxy equol (6-OHE) compared to 3'-hydroxy equol (3'-OHE) and 6,3'-dihydroxy-equol (6,3'-diOHE). It shows the ratio of the amount produced [that is, selectivity = 6-OHE/(3'-OHE + 6,3'-diOHE)] (Fig. 6).

[실시예 5]: 단일 용기 반응을 통한 다이드제인으로부터 6-하이드록시-에쿠올로의 선택적 합성[Example 5]: Selective synthesis of daidzein to 6-hydroxy-equol through a single vessel reaction

특허문헌 3 에서 공개된 재조합 균주를 이용하여 다이드제인으로부터 S-에쿠올을 생산하는 종래의 방법에, S-에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 생산하는 본 발명의 방법을 조합하여 한 번에 진행하는 것이 가능한지 확인하기 위하여, 하기의 실험을 수행하였다.Proceeding at once by combining the conventional method of producing S-equol from Daidzein using the recombinant strain disclosed in Patent Document 3 and the method of the present invention for producing an equol hydroxide derivative from S-equol In order to check whether it is possible to do, the following experiment was performed.

구체적으로, 제조예 2 에 따라 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제 T292A 효소를 제작하였고, 이를 대장균에 형질전환하여 재조합 균주 (tHpaBC-T292A) 를 제작하였다. 또한, 특허문헌 3 에서 공개된 다이드제인으로부터 S-에쿠올을 생산하는 재조합 대장균 (tDDDT) (OD600 = 20) 과 상기 tHpaBC-T292A (OD600 = 20) 을 생촉매로 하여, 0.2 M 인산칼륨 완충액 pH 8.0, 포도당 2% (w/v), 글리세롤 1% (v/v), 아스코르브산 10 mM 이 포함된 반응 용액에 1 mM 의 다이드제인을 첨가한 뒤 24 시간 동안 반응하였다. 반응 종료 후, 반응 용액을 에틸 아세테이트로 추출하여 기체 크로마토그래피-질량 분석기 (gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS) 로 분석하였다. 분석 결과 다이드제인의 전환율은 99% 이상이었으며, 6-하이드록시-에쿠올은 12 시간 만에 최대 244 mg/L 생성되었다 (도 7).Specifically, according to Preparation Example 2, a mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase T292A enzyme was prepared, which was transformed into E. coli to produce a recombinant strain (tHpaBC-T292A). In addition, using the recombinant Escherichia coli (tDDDT) (OD 600 = 20) producing S-equol from Daidzein disclosed in Patent Document 3 and the tHpaBC-T292A (OD 600 = 20) as biocatalysts, 0.2 M phosphoric acid 1 mM daidzein was added to a reaction solution containing potassium buffer pH 8.0, glucose 2% (w/v), glycerol 1% (v/v), and ascorbic acid 10 mM, followed by reaction for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was extracted with ethyl acetate and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). As a result of the analysis, the conversion rate of daidzein was 99% or more, and 6-hydroxy-equol was produced up to 244 mg/L in 12 hours (FIG. 7).

본 발명에서 합성한 오르토-수산화에쿠올 (3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올, 8-하이드록시-에쿠올, 6,3'-다이하이드록시-에쿠올) 은 여성호르몬 유사체로서 갱년기 증상 완화 건강 기능 식품으로서 이용될 수 있다. 또한, 항산화, 항노화를 기능성으로 갖는 화장품의 기능성 원료로서 응용이 가능하다.Ortho-hydroxyl-equol synthesized in the present invention (3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, 8-hydroxy-equol, 6,3'-dihydroxy-equol) is female As a hormone analogue, it can be used as a dietary supplement to relieve menopausal symptoms. In addition, it can be applied as a functional raw material for cosmetics having antioxidant and anti-aging functions.

본 발명에서 제작한 돌연변이 티로시나아제와 돌연변이 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제는 S-에쿠올 이외의 식물 이차대사산물, 예를 들어 플라보노이드, 이소플라보노이드, 스틸베노이드 등과 방향족 화합물의 효율적인 위치선택적 수산화 반응을 위한 생촉매로서 이용이 가능하다.The mutant tyrosinase and the mutant 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase produced in the present invention are plant secondary metabolites other than S-equol, such as flavonoids, isoflavonoids, stilbenoids, etc. It can be used as a biocatalyst for an efficient regioselective hydroxylation reaction.

<110> SEOUL NATIONAL UNIVERSITY R&DB FOUNDATION <120> Biocatalyst compositions comprising monooxygenases and method for the preparation of hydroxy equol derivatives using the same <130> P-001 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 297 <212> PRT <213> Bacillus megaterium <400> 1 Met Ser Asn Lys Tyr Arg Val Arg Lys Asn Val Leu His Leu Thr Asp 1 5 10 15 Thr Glu Lys Arg Asp Phe Val Arg Thr Val Leu Ile Leu Lys Glu Lys 20 25 30 Gly Ile Tyr Asp Arg Tyr Ile Ala Trp His Gly Ala Ala Gly Lys Phe 35 40 45 His Thr Pro Pro Gly Ser Asp Arg Asn Ala Ala His Met Ser Ser Ala 50 55 60 Phe Leu Pro Trp His Arg Glu Tyr Leu Leu Arg Phe Glu Arg Asp Leu 65 70 75 80 Gln Ser Ile Asn Pro Glu Val Thr Leu Pro Tyr Trp Glu Trp Glu Thr 85 90 95 Asp Ala Gln Met Gln Asp Pro Ser Gln Ser Gln Ile Trp Ser Ala Asp 100 105 110 Phe Met Gly Gly Asn Gly Asn Pro Ile Lys Asp Phe Ile Val Asp Thr 115 120 125 Gly Pro Phe Ala Ala Gly Arg Trp Thr Thr Ile Asp Glu Gln Gly Asn 130 135 140 Pro Ser Gly Gly Leu Lys Arg Asn Phe Gly Ala Thr 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830 Thr Gly Arg Leu Asp Trp Pro Thr Val Leu Gly Thr Leu Leu Pro Gln 835 840 845 Ile Arg Ile Arg His Tyr Ser Val Ser Ser Ser Pro Ala Val Ser Pro 850 855 860 Gly His Val Asp Leu Met Val Ser Leu Leu Glu Ala Asp Gly Arg Arg 865 870 875 880 Gly Thr Gly Ser Gly His Leu His Arg Val Arg Pro Gly Asp Val Val 885 890 895 Tyr Ala Arg Val Ala Pro Cys Arg Glu Ala Phe Arg Ile Ala Ala Gly 900 905 910 Asp Glu Val Pro Val Val Met Val Ala Ala Gly Thr Gly Leu Ala Pro 915 920 925 Phe Arg Gly Ala Val Ala Asp Arg Val Ala Leu Arg Ser Ala Gly Arg 930 935 940 Glu Leu Ala Pro Ala Leu Leu Tyr Phe Gly Cys Asp His Pro Glu Val 945 950 955 960 Asp Phe Leu His Ala Ala Glu Leu Arg Gly Ala Glu Ala Ala Gly Ala 965 970 975 Val Ser Leu Arg Pro Ala Phe Ser Ala Ala Pro Asp Gly Asp Val Arg 980 985 990 Phe Val Gln His Arg Ile Ala Ala Glu Ala Asp Glu Val Trp Ser Leu 995 1000 1005 Leu Lys Gly Gly Ala Arg Val Tyr Val Cys Gly Asp Gly Ser Arg Met 1010 1015 1020 Ala Pro Gly Val Arg Glu Ala Phe Thr Ala Leu Tyr Ala Ser Arg Thr 1025 1030 1035 1040 Gly Ala Thr Ala Glu Gln Ala Ala Gly Trp Leu Ala Asp Leu Val Ala 1045 1050 1055 Arg Gly Arg Tyr Val Glu Asp Val Tyr Ala Ala Gly 1060 1065 <210> 3 <211> 520 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 3 Met Lys Pro Glu Asp Phe Arg Ala Ser Thr Gln Arg Pro Phe Thr Gly 1 5 10 15 Glu Glu Tyr Leu Lys Ser Leu Gln Asp Gly Arg Glu Ile Tyr Ile Tyr 20 25 30 Gly Glu Arg Val Lys Asp Val Thr Thr His Pro Ala Phe Arg Asn Ala 35 40 45 Ala Ala Ser Val Ala Gln Leu Tyr Asp Ala Leu His Lys Pro Glu Met 50 55 60 Gln Asp Ser Leu Cys Trp Asn Thr Asp Thr Gly Ser Gly Gly Tyr Thr 65 70 75 80 His Lys Phe Phe Arg Val Ala Lys Ser Ala Asp Asp Leu Arg Gln Gln 85 90 95 Arg Asp Ala Ile Ala Glu Trp Ser Arg Leu Ser Tyr Gly Trp Met Gly 100 105 110 Arg Thr Pro Asp Tyr Lys Ala Ala Phe Gly Cys Ala Leu Gly Ala Asn 115 120 125 Pro Gly Phe Tyr Gly Gln Phe Glu Gln Asn Ala Arg Asn Trp Tyr Thr 130 135 140 Arg Ile Gln Glu Thr Gly Leu Tyr Phe Asn His Ala Ile Val Asn Pro 145 150 155 160 Pro Ile Asp Arg His Leu Pro Thr Asp Lys Val Lys Asp Val Tyr Ile 165 170 175 Lys Leu Glu Lys Glu Thr Asp Ala Gly Ile Ile Val Ser Gly Ala Lys 180 185 190 Val Val Ala Thr Asn Ser Ala Leu Thr His Tyr Asn Met Ile Gly Phe 195 200 205 Gly Ser Ala Gln Val Met Gly Glu Asn Pro Asp Phe Ala Leu Met Phe 210 215 220 Val Ala Pro Met Asp Ala Asp Gly Val Lys Leu Ile Ser Arg Ala Ser 225 230 235 240 Tyr Glu Met Val Ala Gly Ala Thr Gly Ser Pro Tyr Asp Tyr Pro Leu 245 250 255 Ser Ser Arg Phe Asp Glu Asn Asp Ala Ile Leu Val Met Asp Asn Val 260 265 270 Leu Ile Pro Trp Glu Asn Val Leu Ile Tyr Arg Asp Phe Asp Arg Cys 275 280 285 Arg Arg Trp Thr Met Glu Gly Gly Phe Ala Arg Met Tyr Pro Leu Gln 290 295 300 Ala Cys Val Arg Leu Ala Val Lys Leu Asp Phe Ile Thr Ala Leu Leu 305 310 315 320 Lys Lys Ser Leu Glu Cys Thr Gly Thr Leu Glu Phe Arg Gly Val Gln 325 330 335 Ala Asp Leu Gly Glu Val Val Ala Trp Arg Asn Thr Phe Trp Ala Leu 340 345 350 Ser Asp Ser Met Cys Ser Glu Ala Thr Pro Trp Val Asn Gly Ala Tyr 355 360 365 Leu Pro Asp His Ala Ala Leu Gln Thr Tyr Arg Val Leu Ala Pro Met 370 375 380 Ala Tyr Ala Lys Ile Lys Asn Ile Ile Glu Arg Asn Val Thr Ser Gly 385 390 395 400 Leu Ile Tyr Leu Pro Ser Ser Ala Arg Asp Leu Asn Asn Pro Gln Ile 405 410 415 Asp Gln Tyr Leu Ala Lys Tyr Val Arg Gly Ser Asn Gly Met Asp His 420 425 430 Val Gln Arg Ile Lys Ile Leu Lys Leu Met Trp Asp Ala Ile Gly Ser 435 440 445 Glu Phe Gly Gly Arg His Glu Leu Tyr Glu Ile Asn Tyr Ser Gly Ser 450 455 460 Gln Asp Glu Ile Arg Leu Gln Cys Leu Arg Gln Ala Gln Ser Ser Gly 465 470 475 480 Asn Met Asp Lys Met Met Ala Met Val Asp Arg Cys Leu Ser Glu Tyr 485 490 495 Asp Gln Asn Gly Trp Thr Val Pro His Leu His Asn Asn Asp Asp Ile 500 505 510 Asn Met Leu Asp Lys Leu Leu Lys 515 520 <210> 4 <211> 170 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 4 Met Gln Leu Asp Glu Gln Arg Leu Arg Phe Arg Asp Ala Met Ala Ser 1 5 10 15 Leu Ser Ala Ala Val Asn Ile Ile Thr Thr Glu Gly Asp Ala Gly Gln 20 25 30 Cys Gly Ile Thr Ala Thr Ala Val Cys Ser Val Thr Asp Thr Pro Pro 35 40 45 Ser Leu Met Val Cys Ile Asn Ala Asn Ser Ala Met Asn Pro Val Phe 50 55 60 Gln Gly Asn Gly Lys Leu Cys Val Asn Val Leu Asn His Glu Gln Glu 65 70 75 80 Leu Met Ala Arg His Phe Ala Gly Met Thr Gly Met Ala Met Glu Glu 85 90 95 Arg Phe Ser Leu Ser Cys Trp Gln Lys Gly Pro Leu Ala Gln Pro Val 100 105 110 Leu Lys Gly Ser Leu Ala Ser Leu Glu Gly Glu Ile Arg Asp Val Gln 115 120 125 Ala Ile Gly Thr His Leu Val Tyr Leu Val Glu Ile Lys Asn Ile Ile 130 135 140 Leu Ser Ala Glu Gly His Gly Leu Ile Tyr Phe Lys Arg Arg Phe His 145 150 155 160 Pro Val Met Leu Glu Met Glu Ala Ala Ile 165 170

Claims (17)

모노옥시게나아제, 모노옥시게나아제를 코딩하는 유전자를 포함하는 재조합 미생물, 또는 상기 재조합 미생물을 포함하는 세포 배양액 또는 세포 추출물을 포함하는, 에쿠올로부터 에쿠올 수산화 유도체를 제조하기 위한 생촉매 조성물로서,
상기 모노옥시게나아제는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 옥시게나아제 성분 (HpaB) 및 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제의 환원효소 성분 (HpaC) 을 포함하는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제이고,
상기 HpaB 는 서열번호 3 의 아미노산 서열로 나타내는 HpaB 에서, 292 번째 트레오닌, 464 번째 세린 또는 469 번째 아르기닌이 알라닌으로 치환된 돌연변이 HpaB 이고,
상기 에쿠올 수산화 유도체는 3'-하이드록시-에쿠올, 6-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인, 생촉매 조성물.
As a biocatalyst composition for producing an equol hydroxide derivative from equol, comprising a monooxygenase, a recombinant microorganism containing a gene encoding a monooxygenase, or a cell culture solution or cell extract containing the recombinant microorganism ,
The monooxygenase is 4 containing an oxygenase component of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (HpaB) and a reductase component of 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (HpaC). -Hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase,
In HpaB represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, HpaB is a mutant HpaB in which the 292 th threonine, the 464 th serine or the 469 th arginine is substituted with alanine,
The equol hydroxide derivative is at least one compound selected from the group consisting of 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, and 6, 3'-dihydroxy-equol.
제 1 항에 있어서, 상기 미생물이 대장균인 생촉매 조성물.The biocatalyst composition according to claim 1, wherein the microorganism is E. coli. 제 1 항에 있어서,
상기 돌연변이 HpaB 를 포함하는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제가 3'-하이드록시-에쿠올 및 6, 3'-다이하이드록시-에쿠올 대비 6-하이드록시-에쿠올에 대한 선택성이 서열번호 3 으로 나타내는 HpaB 를 포함하는 4-하이드록시페닐아세테이트 3-하이드록실라아제에 비해 2 ~ 16 배 향상된 것을 특징으로 하는 생촉매 조성물.
The method of claim 1,
The 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase containing the mutant HpaB is selected for 6-hydroxy-equol compared to 3'-hydroxy-equol and 6, 3'-dihydroxy-equol. A biocatalyst composition, characterized in that it is improved by 2 to 16 times compared to 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase containing HpaB represented by SEQ ID NO: 3.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 생촉매 조성물의 존재 하에서, 에쿠올을 포함하는 반응물을 반응시켜 에쿠올 수산화 유도체를 얻는 단계를 포함하는 에쿠올 수산화 유도체의 제조 방법.A method for producing an equol hydroxide derivative, comprising the step of reacting a reactant containing equol to obtain an equol hydroxide derivative in the presence of the biocatalyst composition of any one of claims 1 to 3. 제 4 항에 있어서, 생성된 에쿠올 수산화 유도체의 산화를 억제하기 위해, 상기 반응물이 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the reactant comprises a reducing agent to inhibit oxidation of the resulting equol hydroxide derivative. 제 5 항에 있어서, 상기 환원제가 NAD(P)H, L-아스코빅산, 글루타티온(glutathione), 다이타이오트레이톨 (dithiothreitol) 및 시스테인 (cysteine) 으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 방법.The method of claim 5, wherein the reducing agent is at least one compound selected from the group consisting of NAD(P)H, L-ascorbic acid, glutathione, dithiothreitol, and cysteine. 제 4 항에 있어서, 다이드제인을 포함하는 반응물을 반응시켜 에쿠올을 얻는 단계를 더 포함하고, 다이드제인을 포함하는 반응물로부터 에쿠올을 얻는 단계와, 에쿠올을 포함하는 반응물로부터 에쿠올 수산화 유도체를 얻는 단계가 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 4, further comprising the step of obtaining equol by reacting a reactant comprising daidzein, obtaining equol from the reactant including daidzein, and equol from the reactant comprising daidzein A method, characterized in that the steps of obtaining the hydroxide derivative are carried out simultaneously. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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